半导体基板及其制造方法、太阳能电池元件、以及太阳能电池的制作方法
【专利说明】半导体基板及其制造方法、太阳能电池元件、以及太阳能电池
[0001 ]本申请是2012年7月24日向中国国家知识产权局递交的题为“半导体基板及其制造方法、太阳能电池元件、以及太阳能电池”的申请No: 201280036330.5的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及半导体基板及其制造方法、太阳能电池元件、以及太阳能电池。
【背景技术】
[0003]对以往的硅太阳能电池元件的η型扩散层的制造工序进行说明。
[0004]首先，为了促进陷光效应而实现高效率化，准备形成有纹理结构的ρ型硅基板，接下来，在三氯氧磷(P0C13)、氮气、氧气的混合气体气氛中在800°C?900°C下进行数十分钟的处理，均匀地形成η型扩散层。在该以往的方法中，硅表面被氧化，并且形成PSG(phosphosilicate glass，磷娃酸盐玻璃)的非晶质膜，仅磷原子扩散到娃基板中，形成存在高浓度的磷原子的η型扩散层。
[0005]另外，在半导体的制造领域中，提出了通过涂布含有五氧化二磷(Ρ205)或者磷酸二氢铵(ΝΗ4Η2Ρ04)等磷酸盐的溶液来形成η型扩散层的方法(例如参照日本特开2002-75894号公报)。在该方法中，也可以与上述使用混合气体的气相反应法同样地形成η型扩散层。
[0006]进而，在上述的任意一种方法中，磷的扩散还到达侧面以及背面，不仅在表面形成η型扩散层，而且在侧面、背面也形成η型扩散层。
[0007]背面的η型扩散层需要转变为ρ+型扩散层。为此，在背面的η型扩散层上赋予含有作为第13族元素的铝的铝糊剂之后，进行热处理，并通过铝的扩散而从η型扩散层转变成ρ+型扩散层，同时得到了欧姆接触。
[0008]此外，还提出了代替铝而使用硼化合物作为扩散源的方法(例如参照日本特开2002-539615号公报)。进而，提出了被分散在有机溶剂中的含有Β203、Α1203或Ρ205的扩散剂组合物(例如参照日本特开2011-71489号公报)。
【发明内容】
[0009]发明要解决的问题
[0010]如上所述，在形成η型扩散层及ρ+型扩散层时，作为η型杂质原子的磷原子等或作为Ρ型杂质原子的硼原子等与硅原子置换而向硅基板中扩散。尤其对于磷原子及硼原子而言，由于其原子半径显著小于硅原子的原子半径，因此能够以高浓度与硅原子置换。但是，随着磷原子或硼原子的置换，大量产生晶格应变(晶格缺陷)，由此塑性变形的程度也增大。在太阳能电池元件中，该缺陷引起光生载流子复合，光转换特性可能下降。
[0011]本发明正是鉴于以上的以往问题点而完成的发明，其课题在于，提供光转换效率优异的半导体基板及其制造方法、以及使用该半导体基板而形成的太阳能电池元件及太阳能电池。
[0012]用于解决课题的手段
[0013]用于解决上述课题的具体手段如下所示，本发明包括以下方案。
[0014]〈1> 一种半导体基板，其具有半导体层和杂质扩散层，所述杂质扩散层含有:选自1(、恥、1^、8&、5『、0&、]\%、86、211、？13、0(1、￥、511、2『、]\10、1^、恥、丁&、￥、11、2『、66、丁6及1^中的至少一种金属原子；以及选自η型杂质原子及ρ型杂质原子中的至少一种杂质原子。
[0015]〈2>如上述〈1>所述的半导体基板，其中，上述杂质扩散层的表面的上述金属原子的含量为1 X 1017atoms/cm3以上。
[0016]〈3>如上述〈1>或〈2>所述的半导体基板，其中，上述η型杂质原子为选自P(磷)以及Sb(铺)中的至少一种。
[0017]〈4>如上述〈1>或〈2>所述的半导体基板，其中，上述ρ型杂质原子为选自B(硼)以及Ga(镓)中的至少一种。
[0018]〈5>如上述〈1>?〈3>中任一项所述的半导体基板，其中，上述杂质扩散层包含η型杂质原子且通过对被赋予到上述半导体层的至少一个面上的玻璃粉末进行热处理而形成，所述玻璃粉末包含含有η型杂质的物质和玻璃成分物质，所述含有η型杂质的物质选自Ρ203、Ρ205及Sb203中的至少一种，所述玻璃成分物质选自Si02、K20、Na20、Li20、Ba0、Sr0、Ca0、Mg0、BeO、ZnO、PbO、CdO、V2O5、SnO、Zr02 及 M0O3 中的至少一种。
[0019]〈6>如上述〈1>、〈2>或〈4>所述的半导体基板，其中，上述杂质扩散层包含ρ型杂质原子且通过对被赋予到上述半导体层的至少一个面上的玻璃粉末进行热处理而形成，所述玻璃粉末包含含有P型杂质的物质和玻璃成分物质，所述含有P型杂质的物质选自B203及6&203中的至少一种，所述玻璃成分物质选自5丨02、1(20、似20、1^20、830、3抑工30、]\^0、860、ZnO、PbO、CdO、V2O5、SnO、Zr02 及 M0O3 中的至少一种。
[°02°] 〈7>—种太阳能电池元件，其具备上述〈1>?〈6>中任一项所述的半导体基板、和配置在上述杂质扩散层上的电极。
[0021]〈8>—种太阳能电池，其具备上述〈7>所述的太阳能电池元件、和配置在上述电极上的极耳线布线材料。
[0022]〈9> 一种上述〈1>?〈6>中任一项所述的半导体基板的制造方法，其具有:在半导体层的至少一个面上赋予含有玻璃粉末和分散介质的杂质扩散层形成用组合物的工序，所述玻璃粉术包含选自η型杂质原子及ρ型杂质原子中的至少一种杂质原子;和对所述赋予后的杂质扩散层形成用组合物进行热扩散处理而形成杂质扩散层的工序。
[0023]发明效果
[0024]根据本发明，可以提供光转换效率优异的半导体基板及其制造方法、以及使用该半导体基板而形成的太阳能电池元件及太阳能电池。
【附图说明】
[0025]图1是示意性地表示本发明涉及的太阳能电池元件的制造工序的一例的截面图。
[0026]图2Α是从表面观察本发明涉及的太阳能电池元件而得到的俯视图。
[0027]图2Β是放大表示图2Α所示的太阳能电池元件的一部分的立体图。
【具体实施方式】
[0028]本说明书中，用语“工序”不仅是独立的工序，而且还有无法明确区别于其他工序的情况，在该情况下只要能实现该工序的预期目的，则也包含在本用语中。另外，使用“?”示出的数值范围表示含有“?”的前后所记载的数值分别作为最小值及最大值的范围。进而，关于组合物中的各成分的量，在组合物中存在多种相当于各成分的物质的情况下，只要没有特别说明，则均是指组合物中存在的该多种物质的总量。
[0029]〈半导体基板〉
[0030]本发明的半导体基板具有半导体层和杂质扩散层，所述杂质扩散层含有:选自由1(、恥、1^、8&、5广0&、]\%、86、211、？13、0(1、￥、511、2匕]\10、1^、恥、丁&、￥、11、2广66、丁6及1^组成的组(以下也称为“特定金属原子组”)中的至少一种金属原子；以及选自由η型杂质原子以及P型杂质原子组成的组中的至少一种杂质原子。通过使杂质扩散层中包含从特定金属原子组中选择的至少一种金属原子，可以构成光转换效率优异的半导体基板。可认为其原因在于:由于例如使杂质扩散层中的应变松弛，故可以体现出优异的光转换特性。
[0031 ]进而，以高效率为目的，现在正在研发如下的太阳能电池元件，所述太阳能电池元件具备杂质浓度不同的两种杂质扩散层，并且具有在杂质浓度高的杂质扩散层上形成有电极的所谓选择发射结构、或者在背面形成有η型和ρ型这两种扩散层的背接触结构。此时，在以往的方法中，难以识别形成有杂质扩散层的区域。因此，使得在杂质浓度高的杂质扩散层上、或者在形成于同一面的η型和ρ型这两种杂质扩散层上形成的电极的对位变得困难，结果会有导致特性下降的情况。
[0032]但是，在本发明的半导体基板中，杂质扩散层含有从特定金属原子组中选择的至少一种金属原子(以下也简称为“特定金属原子”)，由此可以识别形成有扩散层的区域。因此，能够以优异的对位精度在上述半导体基板的杂质扩散层上容易地形成电极。即，通过使用上述半导体基板，能够在不招致特性下降的情况下高效制造具有选择发射结构及背接触结构的太阳能电池元件。
[0033]上述半导体层可以是ρ型半导体层及η型半导体层中的任一种。其中，优选ρ型半导体层，更优选Ρ型硅层。
[0034]上述半导体基板的杂质扩散层含有从上述特定金属原子组中选择的至少一种金属原子，其中，从应变松弛和识别性的观点出发，优选含有从1(、他、1^』&、5广0&、1%、211、？13、〇(1、￥、311、2^]\10、1^、恥、了3、￥、1^、66、了6及1^中选择的至少一种金属原子，更优选含有从1(、他、1^、1^、03、]\%、211、511、1';[、16、￥及?13中选择的至少一种金属原子，进一步优选含有从Ca及Mg中选择的至少一种金属原子。
[0035]另外，关于上述杂质扩散层中所含的特定金属原子的含量，只要能获得本发明的效果，就没有特别限制。其中，从应变松弛和识别性的观点出发，在杂质扩散层表面的含量优选为 1 X 1017atoms/cm3 以上，更优选为 1 X 1017atoms/cm3 ?1 X 102Qatoms/cm3o
[0036]需要说明的是，杂质扩散层中的特定金属原子的种类和含量可以通过使用頂S-7F(CAMECA公司制)并利用常规方法进行二次离子质谱分析(SMS分析)来进行测定。
[0037]具体而言，边沿着深度方向对成为测定对象的规定面积的区域进行切削，边进行二次离子质谱分析，从而测定特定金属原子的种类和浓度。其中，关于表面的特定金属原子的含量，设定为在从表面开始测定而到达深度0.025μηι的时刻所测定的特定金属原子的浓度。
[0038]另外，上述半导体基板可以利用例如以下说明的半导体基板的制造方法来进行制造。
[0039][半导体基板的制造方法]
[0040]本发明的半导体基板的制造方法具有如下工序并根据需要还具有其他工序而构成，g卩，在半导体层的至少一个面上赋予含有玻璃粉末和分散介质的杂质扩散层形成用组合物的工序，所述玻璃粉末含有从η型杂质原子以及ρ型杂质原子中选择的至少一种杂质原子；和对上述所赋予的杂质扩散层形成用组合物进行热扩散处理而形成杂质扩散层的工序。
[0041]在上述半导体基板的制造方法中使用含有玻璃粉末和分散介质的杂质扩散层形成用组合物，所述玻璃粉末为含有从η型杂质原子(以下也称为“施主元素”)及ρ型杂质原子(以下也称为“受主元素”)中选择的至少一种杂质原子的玻璃粉末(以下有时会简称为“玻璃粉末”)。就上述杂质扩散层形成用组合物而言，也可以进一步考虑涂布性等而根据需要含有其他的添加剂。
[0042]在此，所谓杂质扩散层形成用组合物，是指含有从η型杂质原子及ρ型杂质原子中选择的至少一种杂质原子、且可通过涂布到半导体基板上后使这些杂质原子热扩散而形成杂质扩散层的材料。如果应用本发明的杂质扩散层形成用组合物，则不需要以往广泛采用的气相反应法中必须的侧向蚀刻工序，使工序得到简化。另外，例如在利用气相法在ρ型半导体基板上形成η型扩散层的情况下，也不需要将在背面形成的η型扩散层转变为ρ+型扩散层的工序。因此，对背面的Ρ+型扩散层的形成方法和背面电极的材质、形状及厚度没有限制，而使所应用的制造方法、材质、形状的选择范围变宽。另外，如果在形成Ρ+型扩散层时应用Ρ型的杂质扩散层形成用组合物，则可以抑制由背面电极的厚度引起的半导体基板内的内部应力的产生，还可以抑制半导体基板的翘曲。
[0043]需要说明的是，上述杂质扩散层形成用组合物所含的玻璃粉末会因烧成而熔融，并在杂质扩散层上形成玻璃层。但是，在以往的气相反应法或涂布含有磷酸盐的溶液的方法中也会在杂